Eletrônica, Eletrônica automotiva, Eletrônica embarcada, Energia renovável, Semicondutores

Como funciona o inversor de frequência?

O inversor de frequência tem grande importância nos carros elétricos e geração de energia renovável. O funcionamento deste circuito é o assunto de hoje.

Circuito simplificado

O inversor transforma tensão contínua, vinda das baterias do carro elétrico ou dos painéis fotovoltaicos, em tensão alternada com um sinal senoidal ou quadrado. Para entender o funcionamento, vamos primeiro considerar este circuito simplificado que lembra uma ponte H.

No circuito acima, quando as chaves S1 e S4 estão fechadas enquanto S3 e S2 ficam abertas, a corrente na carga flui no sentido mostrado a seguir.

Circuito inversor simplificado com um sentido de corrente

Quando os estados das chaves se invertem, a corrente elétrica na carga flui no sentido oposto.

Circuito inversor simplificado em outro sentido de corrente

Com as chaves abrindo e fechando em uma frequência, uma onda quadrada alternada é produzida na carga.

Onda quadrada

Para ter uma frequência de 50 ou 60 Hz, as chaves devem comutar 100 ou 120 vezes por segundo. Esta velocidade só pode ser obtida com componentes semicondutores, como os transistores MOSFETs ou IGBTs. Estes componentes, controlam a passagem de corrente recebendo sinais de controle no terminal da porta. Mais detalhes serão assuntos para futuros posts.

Inversor simplificado
Os transistores T1 e T3 devem ser de tipos diferentes de T2 e T4 para evitar curto circuito. Se as chaves forem IGBT, deve usar uma porta lógica NOT em T1 ou T2 e outra em T3 ou T4.

Inversor de onda quadrada

Vários equipamentos produzem um zumbido e esquentam muito se forem alimentados com onda quadrada. Uma onda quadrada é a soma de várias senoides e este sinal produz harmônicas, ondas de frequências mais elevadas, múltiplas da frequência fundamental.

Formação da onda quadrada

As harmônicas esquentam motores síncronos e de indução e, podem danificar aparelhos eletrônicos. O inversor de onda senoidal modificada (MSW) produz onda quadrada como mostra abaixo.

Onda senoidal modificada

Inversores MSW são mais baratos e podem ser usados em iluminação sem envolver LEDs, aparelhos que usam resistência para aquecimento e carregadores.

Produzindo onda senoidal

Como o inversor produz uma onda senoidal pura? Um circuito de controle usa a técnica de modulação de largura de pulso (PWM), transmite pulsos de diferentes larguras para o terminal da porta dos transistores.

PWM

Os pulsos de maior largura são gerados onde houver necessidade de maior amplitude. Se pegar todas as tensões médias de cada pulso, o sinal resultante será semelhante a uma senoide. Quanto maior a frequência do sinal PWM, maior a semelhança com a onda senoidal.

Senoide formada por PWM

Como o sinal PWM é gerado? Circuitos osciladores produzem uma senoide e um sinal triangular, ambos os sinais vão para o circuito comparador (OP1 e OP2). As ondas senoidais de OP1 e OP2 são defasadas em 180º entre si.

Comparadores no inversor

Se a amplitude da senoide for maior que a do sinal triangular, a saída do comparador será nível de tensão 1 ou alto, caso contrário, será 0 ou baixo.

Combinando os sinais nos pontos A e B, temos o sinal PWM mostrado anteriormente.

PWM

Inversores têm transformadores na saída para elevar a tensão, permitindo a alimentação de eletrodomésticos.

Inversor para motores trifásicos

Inversores para motores elétricos também são chamados de VFD (Drive de frequência variável). Possuem uma ponte retificadora de diodos para converter a tensão trifásica em contínua. Também há um filtro LC e uma ponte trifásica de IGBTs para controlar a velocidade do motor de indução.

Drive de frequência variável

 

 

 

 

 

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